(57)【要約】【課題】  被覆形成剤のリンス処理のような工程数の増加を招くことなく、レジストパターンの開口寸法をより小さくすることができ、更なる微細加工を実現する。【解決手段】  パターン形成方法において、被処理基板１０上に下層有機膜１１と無機元素を含有する上層レジスト膜１２とを形成し、レジスト膜１２にパターンを露光した後に現像処理を施すことにより第１のレジストパターン２１を形成し、第１のレジストパターン２１が形成されたレジスト膜１２に対して被覆形成剤３１を供給することによって、レジスト膜１２の開口内に被覆膜３２を埋め込み形成し、被覆膜３２を熱収縮させることによって、レジスト膜１２の開口を狭めることにより第２のレジストパターン２２を形成し、酸素プラズマ処理により被覆膜３２を除去し、連続してレジスト膜１２をマスクに下層膜１１を選択的に除去することにより、被覆膜３２及び下層膜１１を一括加工する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板上に下層有機膜を形成する工程と、
前記有機膜上に無機元素を含有する上層レジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に所望パターンを露光した後に現像処理を施すことによって、前記レジスト膜に開口を形成する工程と、
前記開口が形成されたレジスト膜に対して被覆形成剤を供給することによって、前記レジスト膜の開口内に被覆膜を埋め込み形成する工程と、
前記被覆膜を熱収縮させることによって、前記レジスト膜の開口を狭める工程と、
ドライエッチング処理により前記被覆膜を除去し、連続して前記レジスト膜をマスクに前記有機膜を選択的に除去することによって、前記被覆膜及び有機膜を一括加工する工程と、
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記レジスト膜に含有する無機元素は、シリコン（Ｓｉ）であることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記レジスト膜は、前記有機膜及び前記被覆膜よりも高いドライエッチング耐性を有することを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記被覆形成剤は、水溶性樹脂であることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記被覆形成剤を供給する方法として、前記現像処理が施されたレジスト膜に対して純水を供給することにより洗浄処理し、これに連続して、純水を被覆形成剤に置換することを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板、ガラス基板、樹脂基板などの基板の加工に用いられるパターン形成方法に係わり、特に２層レジストプロセスを利用したパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化に伴い、製造プロセスに要求される配線及び分離幅は益々微細化している。一般に、この種の微細パターンの形成は、フォトリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し、形成したレジストパターンをマスクとして、下地膜をエッチングする方法により行われている。そのため、微細パターンの形成においては、フォトリソグラフィー技術が重要となる。しかし、フォトリソグラフィー技術の微細化は露光波長から制約を受けるため、限界が生じている。
【０００３】
そこで、フォトリソグラフィー処理により形成されたホールレジストパターンに対し、水溶性樹脂被覆形成剤を用いてホール径を狭める方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、フォトリソグラフィー処理により基板上にレジストパターンを形成した後、レジストパターンを水溶性樹脂被覆形成剤で被覆する。次いで、熱処理を施すことにより該被覆形成剤を熱収縮させ、その熱収縮作用を利用してレジストパターン間の間隔を狭小せしめる。次いで、被覆形成剤を純水リンスにより除去した後、ホール径が狭められたレジストパターンをマスクに基板を選択エッチングする。
【０００４】
この方法では、ホール径をフォトリソグラフィーで規制される寸法よりも小さくすることができる。しかし、被覆形成剤を除去する工程が新たに必要となり、従来のレジストパターン形成方法に比べて工程数の増加が発生する。また、被覆形成剤の除去後において残渣が発生しやすく、この残渣がその後のパターン形成に悪影響を及ぼす可能性がある。
【特許文献１】特開２００３−３０３７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように従来、レジストパターンの開口寸法をより小さくする方法として、被覆形成剤の熱収縮を利用した方法が提案されているが、この方法では被覆形成剤のリンス処理のような工程数の増加を招く問題があった。
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、被覆形成剤のリンス処理のような工程数の増加を招くことなく、レジストパターンの開口寸法をより小さくすることができ、今後の微細加工プロセスに有効利用できるパターン形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
【０００８】
即ち、本発明の一態様は、２層レジストプロセスを用いたパターン形成方法であって、被処理基板上に下層有機膜を形成する工程と、前記有機膜上に無機元素を含有する上層レジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜に所望パターンを露光した後に現像処理を施すことによって、前記レジスト膜に開口を形成する工程と（第１のレジストパターン形成工程）、前記開口が形成されたレジスト膜に対して被覆形成剤を供給することによって、前記レジスト膜の開口内に被覆膜を埋め込み形成する工程と、前記被覆膜を熱収縮させることによって、前記レジスト膜の開口を狭める工程と（第２のレジストパターン形成工程）、ドライエッチング処理により前記被覆膜を除去し、連続して前記レジスト膜をマスクに前記有機膜を選択的に除去することによって、前記被覆膜及び有機膜を一括加工する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来報告されている特許文献１のようなパターン形成方法に比して、被覆膜のリンス・乾燥処理による除去工程が不要で、酸素プラズマ加工により被覆膜の除去から下層膜へのパターン転写が同一工程で処理可能となるため、工程を簡略化することができる。さらに、リンスではなくドライエッチング処理により被覆膜を除去するため、被覆膜の残渣発生を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態に係わるパターン形成工程を示す断面図である。本実施形態は、２層レジストプロセスを用いたレジストパターン形成方法である。
【００１２】
まず、図１（ａ）に示すように、被処理基板１０上に、下層有機膜１１及び無機元素を含有した上層レジスト膜１２を順次、回転塗布法を用いて形成する。ここで、下層有機膜１１には塗布型カーボン、上層レジスト膜１２にはＡｒＦ光（波長１９３ｎｍ）用化学増幅型ポジレジストを材料に用いた。上層レジスト膜１２に含有する無機元素としては、シリコン（Ｓｉ）を用いた。以下、２層レジストプロセスにおける化学増幅型レジストのパターン形成方法について具体的に説明する。
【００１３】
次に、ＡｒＦエキシマレーザーを用い、露光用レチクルを介してレジスト膜１２に、ホールパターンを縮小投影露光する。被処理基板１０を１３０℃，６０秒の条件で加熱処理し、現像装置に搬送する。現像装置では、現像液を被処理基板１０上に供給し、３０秒間現像後、被処理基板１０を回転させながら純水を供給し、反応の停止及び洗浄を行い、スピン乾燥によって被処理基板１０を乾燥する。これらの処理を行うことにより、図１（ｂ）に示すように、ホール径がＡ＝１５０ｎｍの第１のレジストパターン２１を形成した。
【００１４】
次に、図１（ｃ）に示すように、第１のレジストパターン２１が形成された被処理基板１０の表面にノズル３０から、例えば特許文献１に開示されている材料からなる水溶性樹脂被覆形成剤３１を供給する。
【００１５】
次に、図１（ｄ）に示すように、１４５℃，６０秒の条件で加熱処理を行うことにより被覆形成剤３１を熱収縮させ、被覆膜３２を形成した。このとき、レジスト膜１２のホール内の被覆形成剤３１の熱収縮作用により、レジスト膜１２がホールの内側に引っ張られる。このため、レジスト膜１２に引っ張り層が形成され、レジスト膜１２のホール径は小さくなる。このようにして得られた第２のレジストパターン２２のホール径はＢ＝１４０ｎｍ程度であった。
【００１６】
次に、図２（ｅ）に示すように、酸素プラズマを用いたＲＩＥにより異方性エッチング加工する。これにより、図２（ｆ）に示すように、被覆膜３２を除去すると共に第２のレジストパターン２２をマスクパターンに下層有機膜１１を一括加工することで、有機膜１１を選択除去し、第２のレジストパターン２２を有機膜１１へパターン転写する。
【００１７】
以上の工程により、下層有機膜１１へ転写されたパターンのホール径は１４０ｎｍ程度であった。即ち、レジストパターンのホールシュリンク量は１０ｎｍ程度であった。
【００１８】
なお、従来方法では、図１（ｄ）に示す工程の後、図４（ａ）に示すように、ノズル６０から純水７０を供給することにより、リンス処理を行う。これにより、図４（ｂ）に示すように、水溶性樹脂被覆形成剤による被覆層３２が除去される。次いで、純水を除去するために乾燥する。次いで、図４（ｃ）に示すように、第２のレジストパターン２２をマスクに下層有機膜１１を酸素プラズマで異方性エッチング加工することにより、第２のレジストパターン２２を有機膜１１へパターン転写する。これ以降は、本実施形態と同様である。
【００１９】
このように本実施形態によれば、水溶性被覆形成剤３１の熱収縮を利用してレジストパターンの開口寸法をより小さくすることができる。そしてこの場合、被覆膜３２をリンスして除去するのではなく、ＲＩＥにより下層有機膜１１と同時にエッチングすることにより、被覆膜３２のリンス・乾燥処理による除去工程が不要となる。従って、被覆形成剤のリンス処理のような工程数の増加を招くことなく、レジストパターンの開口寸法をより小さくすることができ、今後の微細加工プロセスに極めて有用である。
【００２０】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係わるパターン形成工程を示す断面図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００２１】
本実施形態は、２層レジストプロセスを用いたレジストパターン形成方法であり、特許文献（特願２００４−８７４１９）に開示されている技術を用いるものである。
【００２２】
まず、先の第１の実施形態と同様に前記図１（ａ）に示すように、被処理基板１０上に、下層有機膜１１及び無機元素含有化学増幅型レジスト膜１２を順次、回転塗布法を用いて形成する。
【００２３】
次に、ＡｒＦエキシマレーザーを用い、露光用レチクルを介し、パターンを縮小投影露光する。該基板を１３０℃，６０秒の条件で加熱処理し、現像装置に搬送する。現像装置では、現像液を被処理基板上に供給し、３０秒間現像後、被処理基板１０を回転させながら純水を供給し、反応の停止及び洗浄を行う。
【００２４】
図３（ａ）は、現像後に被処理基板１０の表面にリンス液５０として純水が供給されている状態を示している。この状態から、図３（ｂ）に示すように、リンス液５０の少なくとも一部を水溶性樹脂被覆形成剤３１で置換する。
【００２５】
次に、第１の実施形態と同様に、前記図１（ｄ）に示すように、１４５℃，６０秒の条件で加熱処理を行うことにより該被覆形成剤３１を熱収縮させて被覆膜３２を形成し、レジストパターン間の間隔を狭小せしめ、第２のレジストパターン２２を形成する。
【００２６】
これ以降は、第１の実施形態と同様に、前記図２（ｅ）（ｆ）に示すように、酸素プラズマで異方性エッチング加工することにより、被覆膜３２を除去すると共に第２のレジストパターン２２をマスクに下層有機膜１１を一括加工することで、有機膜１１を選択除去し、第２のレジストパターン２２を有機膜１１へパターン転写する。
【００２７】
以上の工程により、下層有機膜１１へ転写されたパターンのホール径は１４０ｎｍ程度であった。このような方法であっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００２８】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、下層有機膜として塗布型カーボン膜を使用したが、下層有機膜は塗布型カーボン膜に限るものではない。基本的に酸素プラズマエッチング加工時に第２のレジストパターンをマスクとして選択的に下層有機膜を除去し、第２のレジストパターンを転写することが可能であれば、下層有機膜は何を用いても構わない。例えば、無機元素含有レジストとエッチング加工時の選択性が高い、ノボラック樹脂膜、スパッタカーボン膜、ＣＶＤカーボン膜、無機元素を含有しない有機膜が有効である。
【００２９】
また、実施形態では、第１のレジストパターンが形成された被処理基板の表面に水溶性樹脂被覆形成剤を供給したのち、１４５℃，６０秒の条件で加熱処理により該被覆形成剤を熱収縮させ、その熱収縮作用を利用して第１のレジストパターン間の間隔を狭小せしめた。そして、形成された第２のレジストパターンのホール径は１４０ｎｍと、ホールシュリンク量は１０ｎｍ程度であった。しかし、加熱処理条件はこれに限らない。レジストの種類によっては熱収縮作用に対する反応性も異なるため、必要とされるホールシュリンク量に応じて、適宜最適な条件を選択すれば良い。さらに、被覆形成剤は、必ずしも水溶性樹脂に限るものではなく、レジスト膜の開口内に充填されて被覆膜を形成し、熱収縮作用によりレジスト膜を開口の内側に引っ張るものであればよい。
【００３０】
また、実施形態では、上層レジスト膜としてＡｒＦ用の無機元素含有レジスト膜を用い、露光装置としてＡｒＦ露光装置を用いた例を示したが、本発明の実施はこれに限られるものではない。ｇ線，ｉ線，ＫｒＦ，Ｆ2 ，ＥＵＶ，電子ビーム等に感度を有する無機元素含有レジスト膜と、それぞれに対応した露光装置を用いることが可能である。また、レジスト膜に含有する無機元素としては、シリコン（Ｓｉ）に限るものではなく、ゲルマニウム（Ｇｅ），錫（Ｓｎ）は勿論のこと、各種の無機元素含有材料を用いることが可能である。
【００３１】
また、被覆膜及び下層有機膜をエッチングする方法は必ずしも酸素プラズマ処理に限るものではなく、被覆膜及び下層有機膜を上層レジスト膜と十分な選択比を持ってエッチングできるドライエッチング方法であればよい。
【００３２】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の実施形態に係わるレジストパターン形成工程を示す断面図。
【図２】第１の実施形態に係わるレジストパターン形成工程を示す断面図。
【図３】第２の実施形態に係わるレジストパターン形成工程を示す断面図。
【図４】従来方法によるレジストパターン形成工程を示す断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１０…被処理基板
１１…下層有機膜
１２…上層レジスト膜
２１…第１のレジストパターン
２２…第２のレジストパターン
３０，６０…ノズル
３１…水溶性樹脂被覆形成剤
３２…被覆膜
５０，７０…リンス液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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